Das Zentrum für Innovationskompetenz

Entscheidungsträger aus Wissenschaft, Industrie und Gesellschaft sprechen heute von dem 21. Jahrhundert als dem Jahrhundert des Lichts. Licht wird in vollständig optischen Netzwerken die Informationstechnologie revolutionieren; es wird selbstlernend durch kohärente Steuerung chemischer Prozesse an einzelnen Molekülen sogenannte Designermoleküle für neue Arzneimittel synthetisieren; Licht wird vollkommen neue minimal invasive Diagnose- und Therapieverfahren in der Medizin ermöglichen; es wird zu höchstauflösenden Mess- und Mikroskopieverfahren und für ganz neue Sensoranwendungen benutzt werden; extrem kurzwelliges Licht wird bei der Photolithographie zur Herstellung der nächsten Generationen von Rechnerschaltkreisen eine Hauptrolle spielen und schließlich wird es helfen, neue fundamentale Erkenntnisse aus den Grenzbereichen der Naturwissenschaften zu gewinnen.

Die Beherrschung von Licht in allen seinen Eigenschaften wird daher eine bestimmende Rolle bei den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts spielen.

Unternehmen, Hochschulen und ausseruniversitäre Forschungsinstitutionen in der Region Jena haben die Optischen Technologien als Wachstumsmarkt identifiziert und betreiben aktiv die Weiterentwicklung der bereits bestehenden Kompetenzen auf diesem Gebiet. Das Forschungszentrum für ultra optics nimmt hierbei eine besondere Rolle wahr. Es stellt sich der Aufgabe, neuartige Konzepte zur Kontrolle von Licht zu entwickeln und diese im Rahmen von Kooperationen mit weiteren Partnern aus Wissenschaft und Industrie in eine Verwertung zu überführen. Damit werden Grundlagen für eine nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung der Optikindustrie in der Region Jena gelegt. 

Die Ziele

Das Zentrum für ultra optics leistet fundamentale Beiträge zur Aufklärung der physikalischen und technologischen Möglichkeiten und Grenzen der Kontrolle und Steuerung der Eigenschaften von Licht, die die Grundlagen zur Darstellung zukünftiger optischer Systeme mit übergreifender oder sogar vollständiger Funktionalität bilden. Es werden damit die Voraussetzungen für Basiselemente einer optischen Systemtechnik geschaffen, die - analog zur Elektronik Mitte der 1960er Jahre - den Schritt von den diskreten Bauelementen hin zu vollintegrierten Funktionseinheiten erlaubt.

Die thematischen Schwerpunkte (2004 bis 2010)

Das Zentrum für Innovationskompetenz ultra optics betrieb in dieser ersten Förderphase folgende Kernprojekte:

Mikro- und Nano-Optik
Darstellung von künstlichen, in der Natur nicht vorkommenden Materialien mit maßgeschneiderten optischen Eigenschaften, wie photonische Kristalle oder Kristalle mit steuerbarer Anisotropie, die die Ausbreitung und die Ausbreitungseigenschaften des Lichtes auf extrem kurzen Längenskalen unabhängig von intrinsischen Materialeigenschaften kontrollieren.

Laserphysik/Quantenelektronik
Ausnutzung lichtinduzierter Materialeffekte zur Steuerung der raum-zeitlichen Lokalisierung von Lichtfeldern über Effekte der Selbstorganisation, wobei letztere gezielt durch Variation des einfallenden Lichtfeldes kontrolliert werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass Licht unter geeigneten Umständen in der Wechselwirkung mit Materie seine Umgebung modifiziert und seine Existenzbedingen selbst beeinflusst.    

Die thematischen Schwerpunkte (2011 bis 2016)

Die thematischen Schwerpunkte der zweiten Förderphase sind:

Relativistische Laserphysik
Im Fokus der Forschungsaktivitäten dieser Gruppe stehen die Entwicklung, Realisierung und Anwendung einer laserbasierten Quelle hochenergetischer Teilchen- und Photonenpulse mit extremen Eigenschaften, die über einen weiten Parameterbereich gezielt variiert und auf verschiedenste Anforderungen der Grundlagen- und der angewandten Forschung, z.B. in der Medizin und in den Lebenswissenschaften, abgestimmt werden können.
 
Nano-Optik
Die Nano-Optik umfasst die Wechselwirkung von Licht mit nanostrukturierter Materie. Dabei treten Effekte auf, die Licht in extrem kleinen Raumbereichen fokussieren und damit z.B. höchstaufgelöste Mikroskopietechniken und Sensoren ermöglichen. Es können aber auch ganz neue Formen künstlicher Materialien, die sog. Metamaterialien, realisiert werden, deren ungewöhnliche Eigenschaften nahezu vollständig durch die Nanostrukturierung bestimmt werden können.
 
Diamant-/Kohlenstoffbasierte optische Systeme
Das Ziel dieser Arbeitsgruppe ist das fundamentale theoretische und experimentelle Verständnis der Ausbreitung optischer Wellen in verschiedensten Systemen, deren Materialparameter und Struktur auf den unterschiedlichen makroskopischen Manifestationen von Kohlenstoff basieren. Diese Arbeiten sind grundlegend für eine Vielzahl von hochinnovativen Anwendungen in der optischen Mikro- und Nanotechnologie.
 
Fertigungstechnologien für hoch entwickelte Mikro- und Nano-Optiken
Entwicklung neuer lithographiebasierter Herstellungstechnologien für hochauflösende optische Mikro- und Nano-Strukturen. Die eingesetzten Verfahren basieren auf beugungsoptischen Ansätzen und deren Nutzung in Lithographieanlagen mit großer Verbreitung. Damit soll eine spätere Verwertung und Übertragung von Projektergebnissen in industrielle Anwendungen erleichtert und eine breite Basis für die Anwendung optischer Submikrometerstrukturen, wie z.B. effektiver Medien, neuartiger Metamaterialien oder innovativer diamantbasierter Nanostrukturen, geschaffen werden.

Die Partner

Das interdisziplinäre Zentrum ist Teil der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU). Wissenschaftliche Basis des Zentrums bilden das Institut für Angewandte Physik (IAP) und das Institut für Optik und Quantenelektronik (IOQ) der FSU sowie das Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena (FhG-IOF).

Kontakt

Prof. Dr. Andreas Tünnermann
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Physikalisch-Astronomische Fakultät
Max-Wien-Platz 1
07743 Jena
Tel.: (0 36 41) 65 76 40 / (0 36 41) 80 72 01
E-Mail: tuennermann[at]iap.uni-jena.de
www.acp.uni-jena.de/ZIK_ultra_optics.html

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